最近做筆試題，遇到了不少關於線程安全的題目，比如：

　　synchronized和volatile的區別是什麽？

　　StringBuilder和StringBuffer的區別是什麽？

　　HashMap和HashTable的區別是什麽？等等......

　　這些問題的答案涉及到的，就是關於線程安全問題。首先先要對線程安全有個概念，怎樣才叫線程安全。

線程安全和線程不安全：

　　線程安全指的是多個線程並發執行的時候，當一個線程訪問該類的某個數據的時候，通過加鎖的機制，保護數據，直至當前線程讀取完，釋放鎖後，其他線程才能繼續使用，我們認為這樣是線程安全的。

　　有線程安全，自然就有線程不安全，線程不安全

　　了解完基本概念後，接下來要引用某大神從Java內存模型和線程同步機制方面來描述線程的安全性。

Java內存模型

　　不同的平臺，內存模型是不一樣的，但是jvm的內存模型規範是統一的。其實java的多線程並發問題最終都會反映在java的內存模型上，所謂線程安全無 非是要控制多個線程對某個資源的有序訪問或修改。總結java的內存模型，要解決兩個主要的問題：可見性和有序性。　

　　可見性： 多個線程之間是不能互相傳遞數據通信的，它們之間的溝通只能通過共享變量來進行。Java內存模型（JMM）規定了jvm有主內存，主內存是多個線程共享 的。當new一個對象的時候，也是被分配在主內存中，每個線程都有自己的工作內存，工作內存存儲了主存的某些對象的副本，當然線程的工作內存大小是有限制 的。當線程操作某個對象時，執行順序如下：

(1) 從主存復制變量到當前工作內存 (read and load)
(2) 執行代碼，改變共享變量值 (use and assign)
(3) 用工作內存數據刷新主存相關內容 (store and write)

　　當一個共享變量在多個線程的工作內存中都有副本時，如果一個線程修改了這個共享 變量，那麽其他線程應該能夠看到這個被修改後的值，這就是多線程的可見性問題。
　　有序性：線程在引用變量時不能直接從主內存中引用,如果線程工作內存中沒有該變量,則會從主內存中拷貝一個副本到工作內存中，完成後線程會引用該副本。當同一線程再度引用該字段時,有可能重新從主存中獲取變量副本(read-load-use),也有可能直接引用原來的副本 (use),也就是說 read,load,use順序可以由JVM實現系統決定。
線程不能直接為主存中字段賦值，它會將值指定給工作內存中的變量副本(assign),完成後這個變量副本會同步到主存儲區(store- write)，至於何時同步過去，根據JVM實現系統決定.有該字段,則會從主內存中將該字段賦值到工作內存中,這個過程為read-load,完成後線 程會引用該變量副本。

　　舉個例子1，現有一變量x=10，a線程執行x=x+1操作，b線程執行x=x-1操作，倆線程同時運行的時候，x的值是不確定的，有可能為9，也有可能為11，這就是多線程並發執行的順序是不可預見導致的，所以要使線程安全，要保證a線程和b線程的有序執行，且執行的操作必須為原子操作。

　　原子操作：在多線程訪問共享資源時，能夠確保所有其他的進程（線程）都不在同一時間內訪問相同的資源。原子操作（atomic operation）是不需要synchronized，這是Java多線程編程的老生常談了。所謂原子操作是指不會被線程調度機制打斷的操作；這種操作一旦開始，就一直運行到結束，中間不會有任何 context switch （切換到另一個線程）。

那麽如何確保線程執行的有序性和可見性呢？

synchronized關鍵字

　　synchronized關鍵字可以解決有序性和可見性的問題，它保證了多個線程之間是互斥的，當一段代碼會修改共享變量，這一段代碼成為互斥區或 臨界區，為了保證共享變量的正確性，synchronized標示了臨界區。

　　常用用法：

Java代碼　　

synchronized(lock) {
臨界區代碼
}

//例如：
public synchronized void method() {}

public static synchronized void method() {}

　　無論synchronized關鍵字是加在方法還是對象中，都是取對象當作鎖，理論上每個對象都可以是一個鎖。

　　對於public synchronized void method()這種情況，鎖就是這個方法所在的對象。同理，如果方法是public static synchronized void method()，那麽鎖就是這個方法所在的class。

　　synchronized關鍵字有兩種鎖對象，一種是對象加鎖，另一種是對類加鎖，對類加鎖，則類鎖對類裏的所有對象都起作用，而對象鎖只是針對該類的一個指定的對象加鎖，這個類的其它對象仍然可以使用已經對前一個對象加鎖的synchronized方法。

　　例如：車站只剩一張票，A業務員和B業務員同時出票，執行public synchronized void sell()方法，那麽結果就會出現，剩余票數為（-1）的情況，這就是對象鎖導致的問題，其他對象仍然可以使用這個方法；

　　當把sell方法加上static後，鎖的對象就是這個類，對於A業務員和B業務員來說，都要按順序來操作業務，這樣就不會出現剩余票數為負數的輕卡UN個了。

　　當一個對象是鎖的時候，應該要被多個線程共享才是有意義的。這也得出一個結論：非線程安全！=不安全。

　　比如ArrayList就是線程不安全的，但是並非說多線程情況下就不用ArrayList，如果你的每一個線程都new了一個ArrayList對象，也就是對象是非共享的，線程之間不存在資源競爭，那麽多線程執行的時候也是沒有安全問題的。

　　每個鎖對象都有兩個隊列，一個是就緒隊列，一個是阻塞隊列，就緒隊列存儲了將要獲得鎖的線程，阻塞隊列存儲了被阻塞的線程，當一個線程被喚醒 後，才會進入到就緒隊列，等待cpu的調度。

　　一個線程執行臨界區代碼過程如下：
　　1 獲得同步鎖
　　2 清空工作內存
　　3 從主存拷貝變量副本到工作內存
　　4 對這些變量計算
　　5 將變量從工作內存寫回到主存
　　6 釋放鎖
　　可見，synchronized既保證了多線程的並發有序性，又保證了多線程的內存可見性。

　　生產者/消費者模式就是典型的同步鎖問題，多線程執行過程除了操作是互斥的以外，往往也會出現線程之間互相協作的情況。

　　比方說，A機器人負責造車子，造好了車子，就放在倉庫裏，倉庫每次只能放一輛車。

　　（1）起初，A機器人被運行，執行造車子make方法，造好了車子放在倉庫後，沒有馬上關機（釋放鎖），而是喚醒了（notify）準備上班的（阻塞隊列）B機器人，自己再下班（進入阻塞隊列）

　　（2）B機器人獲得同步鎖，上班，開始把造好的車子運出倉庫拿去出售，車子運出去後，它也沒有馬上溜了，而是喚醒了剛下班的A機器人繼續造車子（赤裸裸的剝削，我也要賣車子）。

　　（3）A機器人發現倉庫的車子被運走了，接到任務就只能繼續開始造車子，造好車子把B機器人叫回來。

　　（4）B機器人賣車子，叫醒A機器人造車子。

　　。。。。。。

　　可以看出，在同步鎖的作用下，造車子，賣車子，造車子，賣車子可以有序的進行，很愉快。

接下來要說的是另外一個關鍵字：volatile

volatile關鍵字

　　volatile同樣也是Java同步的一種方法，只不過和synchronized鎖相比，稍弱了點，它只能保證多線程執行的可見性，可不能保證有序性。

　　它的原理是不需要從主內存中復制一份副本到工作內存，而是直接對主內存的數據進行修改，這樣，其他線程都能立馬看到數據的修改。因此，volatile的使用範圍要臂synchronized小，常用於直接賦值的情況，諸如例子1的情況就是不適用的。

最後需要註意的是，synchronized鎖雖好，但是不能多用，會影響執行效率，阻塞隊列的線程也會不斷地嘗試獲取鎖，消耗性能。更多關於synchronized和volatile的用法這裏就不展開來說了，可以baidu一下詳細的用法。

本文參考了http://www.iteye.com/topic/806990，比較容易理解，感謝大神。

Java線程安全